Rasio materi konvensional dengan materi gelap, di luar galaksi

Pertimbangkan katakan diagram yang luar biasa ini dari pertanyaan lain,

Pertama-tama galaksi memiliki kerapatan tipikal D. Ruang intergalaksi memiliki kerapatan yang jauh lebih rendah d.

Seperti yang kita ketahui: di galaksi (dengan kepadatan D) sebagian besar materi adalah materi gelap. Katakanlah untuk kenyamanan itu 10: 1.

Jadi, rasio materi gelap dalam galaksi adalah (kita akan mengatakan) 10: 1.

Tapi inilah yang tidak bisa saya jelaskan di mana pun:

(1) Di ruang intergalaksi. Pertama-tama apakah ada materi gelap? Atau, apakah kita percaya bahwa materi gelap hanya ada di galaksi? Tidak diantara?

(2) Jika ada materi gelap di antara galaksi. Apakah kita tahu atau percaya: berapa rasio materi gelap di luar sana? Sebenarnya, apakah perbandingannya sama (katakanlah, 10: 1) dengan galaksi di dalam? Atau, apakah mungkin lebih dominan, atau mungkin jauh kurang dominan? Berapa rasio di luar sana?

(3) Jika ada materi gelap di mana-mana. Galaksi ada di filamen dan dinding. Apakah dark matter melakukan ini? atau menyebar merata?

galaxy dark-matter dark-energy intergalactic-space Fattie
sumber

Materi gelap tidak dapat tersebar secara merata karena jika itu, galaksi tidak akan sebesar seperti mereka dan mereka tidak akan memancarkan cahaya sebanyak yang mereka lakukan atau memiliki orbit yang dilakukan oleh bintang luarnya. Gumpalan materi gelap (atau lingkaran cahaya) di sekitar galaksi pasti. Tetapi tentang seberapa umum itu di antara galaksi, saya tidak yakin ada yang tahu. Pertanyaan yang menarik tapi saya pikir, tidak bisa dijawab.

userLTK

Saya menghargai info itu, @userLTK - akan menyenangkan untuk melihat jawaban yang bagus tentang ini dari seseorang!

Fattie

Kedua jawaban ini luar biasa dan saya ucapkan terima kasih. Saya akan mengklik bounty untuk kedua jawaban (Sungguh konyol bahwa di situs SO Anda tidak bisa hanya mengklik "hadiah".) Saya teruskan dan mengklik bounty ke jawaban sebelumnya sehingga tidak akan sia-sia. Jawaban-jawaban ini (sayangnya sedikit banyak!) Hanya "menimbulkan pertanyaan baru! Sangat menggugah pikiran dan sekali lagi saya sangat menghargai jawaban di sini, terima kasih.

Fattie

Jawaban:

Jawaban singkat untuk pertanyaan Anda adalah tidak, tidak ada materi gelap antara galaksi, setidaknya pada tingkat yang cukup.

Ada masalah biasa antara galaksi, yang disebut medium intergalaksi (IGM). IGM adalah gas panas yang sangat encer yang menembus ruang antar galaksi. Kerapatan tipikal IGM adalah sekitar satu atom hidrogen per meter kubik dan suhunya sekitar 10 ^ 6 K. Suhu tinggi ini menjaga IGM dalam kesetimbangan tekanan dengan galaksi mana pun dan mencegahnya agar tidak runtuh ke galaksi.

Namun, materi gelap itu dingin, dan tidak memiliki dukungan tekanan gas di IGM, sehingga ia mengembun ke galaksi. [1] Satu perbedaan menarik antara materi gelap dan materi biasa adalah materi gelap tidak memiliki mekanisme pendinginan apa pun. Akibatnya, ketika materi biasa runtuh ke galaksi, ia dapat mendingin dan mengembun menjadi ruang yang relatif kompak dan kemudian membentuk bintang dan planet. Namun, materi gelap tetap diperluas karena tidak memiliki cara untuk melepaskan energi potensial gravitasinya. Oleh karena itu galaksi menunjukkan halo materi gelap yang substansial, di mana rasio materi gelap dengan materi biasa meningkat secara substansial beberapa jari-jari galaksi jauh dari pusat. Di dalam galaksi itu sendiri, materi biasa dominan oleh setidaknya urutan besarnya,

Satu pertanyaan menarik adalah apakah lingkaran gelap materi ada atau tidak di ruang intergalaksi tanpa galaksi inang yang sesuai di pusat. Sejauh yang dapat kami katakan, jawaban untuk itu tampaknya tidak, atau setidaknya, struktur seperti itu harus sangat kecil dan sangat jarang. Ada galaksi kerdil (hanya 10 ^ 6 massa matahari atau lebih) yang memiliki lingkaran gelap materi besar (jauh di luar proporsi ukurannya, relatif terhadap Bima Sakti), tetapi hampir setiap lingkaran tampaknya memiliki setidaknya beberapa materi biasa, tidak peduli seberapa lemahnya.

Kekosongan kosmik adalah contoh yang bahkan lebih ekstrem. Kekosongan didominasi oleh energi gelap dan karenanya meluas lebih cepat daripada bagian alam semesta lainnya. Void cenderung mendorong materi apa pun (gelap atau lainnya) ke dinding yang memisahkannya dari void di sekitarnya. Dalam arti sebenarnya, alam semesta terbuat dari rongga, dan semua yang kita tahu terletak di dinding dan filamen yang memisahkannya. Makalah ini meneliti lingkaran gelap materi dalam kekosongan kosmik dan pada dasarnya menemukan bahwa tidak ada. Dengan kata lain, mereka menemukan bahwa lingkaran cahaya materi gelap dalam rongga kosmik memiliki galaksi induk sama seringnya dengan lingkaran cahaya materi gelap di luar rongga kosmik (artinya hampir selalu).

[1]: Untuk menjadi benar-benar bertele-tele, saya tidak akan ragu bahwa ada beberapa partikel materi gelap yang berdesing-desing di ruang intergalaksi. Tapi saya akan terkejut jika densitasnya melebihi kepadatan materi biasa dalam IGM.

J. O'Brien Antognini
sumber

Gugusan galaksi penuh dengan materi gelap yang tidak terkait dengan lingkaran cahaya galaksi.

Rob Jeffries

Sangat benar, meskipun ruang intervensi tidak dianggap sebagai bagian dari IGM. Sebaliknya itu dianggap sebagai bagian dari "media intracluster" yang berbeda atau ICM.

J. O'Brien Antognini

Ok, saya setuju dengan itu, tetapi paragraf pertama Anda terlalu kuat tanpa terlebih dahulu mencatat bahwa Anda pada dasarnya mendefinisikan tingkat galaksi berdasarkan tingkat materi gelapnya. Namun demikian saya masih berpikir ada variasi yang sangat besar dari kepadatan baryonic hingga dark matter di luar sana dan bahwa dark matter ditemukan "di antara galaksi-galaksi" dengan cara yang kebanyakan orang akan pikirkan tentang mereka.

Rob Jeffries

Makalah ini: adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJ...746...38M menggunakan simulasi N-tubuh kosmologis untuk menyatakan bahwa materi gelap meluas jauh di luar jari-jari virial dari lingkaran cahaya ("ruang intergalaksi diisi dengan materi [gelap] Ekor galaksi meluas ke jarak yang jauh tanpa cutoff, sedangkan komponen bercahaya galaksi memiliki radius cutoff yang pasti sesuai dengan radius pendinginan. ")

Peter Erwin

@RobJeffries hanya ingin tahu .. apakah pendapat Anda bahwa materi baryonic sebagian besar ada di galaksi (termasuk galaksi kerdil dan kluster globular) dan bahwa "ruang antargalaksi" memiliki persentase materi gelap yang jauh lebih tinggi?

Jack R. Woods

Biarkan saya melihat apakah saya dapat menjawab setidaknya sebagian dari ini.

Ya, ada materi gelap di antara galaksi. Ini ditunjukkan oleh fakta bahwa dalam kelompok dan kluster galaksi, Anda membutuhkan lebih banyak materi gelap daripada yang ditemukan di galaksi sendiri untuk menjelaskan apa yang terjadi: dalam hal mengapa kelompok atau kluster terikat secara gravitasi terlepas dari kecepatan ekstrim dari galaksi. galaksi dalam kelompok / kluster; mengapa gas yang memancarkan sinar-X dalam kelompok sangat panas dan bertekanan tinggi namun masih terbatas pada gugus; dan untuk menjelaskan pelensaan gravitasi galaksi latar belakang oleh cluster. (Juga didukung oleh pengamatan hal-hal seperti efek Sunyaev-Zeldovich dalam kelompok.)

(Faktanya, bukti tertua untuk materi gelap adalah kecepatan galaksi yang sangat tinggi di dalam cluster yang diukur oleh Fritz Zwicky pada tahun 1930-an. Ini juga merupakan salah satu mode kegagalan Modified Newtonian Dynamics sebagai alternatif untuk dark matter: bahkan jika Anda pikir Anda bisa menyingkirkan materi gelap di dalamnya galaksi, Anda masih membutuhkan materi gelap di dalam kluster galaksi, selain galaksi itu sendiri.)

Dan, tentu saja, model kosmologis menunjukkan bahwa materi gelap menyumbang sekitar 25% dari kepadatan kritis alam semesta. Untuk memiliki banyak materi gelap, Anda harus memiliki lebih banyak materi gelap daripada apa yang ada di dalam galaksi individu.
"Jika ada materi gelap di antara galaksi. Apakah kita tahu atau percaya: berapa rasio materi gelap di luar sana?" Saya pikir cara paling sederhana untuk menjawab ini adalah dengan mengambil rasio materi-gelap / materi-baryonic untuk alam semesta secara keseluruhan, sebagaimana ditentukan oleh pengamatan dan model kosmologis saat ini. Ini memberikan rasio sekitar 5: 1.
"Galaksi ada di filamen dan dinding. Apakah materi gelap melakukan ini? Atau menyebar secara merata?" Ya, dark matter melakukan ini. Alasan kita melihat galaksi dalam filamen, kluster, dan dinding adalah karena materi gelap secara gravitasi menggumpal ke dalam struktur-struktur itu; pada skala ini, galaksi pada dasarnya ikut untuk perjalanan, mengikuti tarikan gravitasi dari apa yang dilakukan materi gelap. Alasan galaksi yang ada di filamen adalah karena distribusi kepadatan yang tidak merata dari kedua materi biasa dan gelap di seluruh alam semesta. Overdensitas mengarah pada materi yang runtuh untuk membentuk (misalnya) galaksi, tetapi overdensitasnya bisa asimetris. Hal ini menyebabkan keruntuhan terjadi lebih cepat dalam satu arah tertentu, menyebabkan galaksi terbentuk di filamen (lihat misalnyamakalah ringkasan ini untuk ikhtisar).

Halaman ini memiliki gambar dari simulasi kosmologis skala besar (Simulasi Milenium). Sebagian besar gambar yang menunjukkan struktur filamen pada skala yang berbeda menunjukkan gelap soal -satunya .

Peter Erwin
sumber

Omong kosong Jadi, mengingat "masalah kecepatan rotasi galaksi". . . Anda mengatakan ada masalah yang sama, pada skala berikutnya, dengan kelompok dan kelompok ?? Pada dasarnya: anggota (kelompok / kelompok bergerak terlalu cepat, artinya mereka harus melarikan diri, tetapi tidak ?? Apakah itu benar? Lonceng neraka!

Fattie

"anggota (kelompok / cluster bergerak terlalu cepat, artinya mereka harus melarikan diri, tetapi tidak ?? Benarkah itu?" - Ya, tepatnya! Cluster biasanya memiliki sejumlah besar materi ekstra baronik dalam bentuk panas, Gas intergalaksi pemancar sinar-X - lebih banyak massa daripada di bintang-bintang galaksi, pada kenyataannya - tetapi itu masih belum cukup massa untuk menjaga agar gugus galaksi dan gas intergalaksi tidak terbang terpisah

Peter Erwin

Hai @PeterErwin. Paham, terima kasih banyak untuk ini. Saya kembali dan membaca kembali Ilmu Pengetahuan Dasar! Memang kalau saya tidak salah, dalam gambar historis itu adalah "masalah cluster" yang diperhatikan pertama kali; kemudian "masalah galaksi" diketahui. Sial! Sepertinya seluruh alam semesta saya telah diputarbalikkan.

Fattie